ruedas hidraulicas-adrian macaya
Post on 06-Feb-2016
222 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD DE LA FRONTERADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
PLANTAS DE FUERZA
1
‘‘Ruedas Hidráulicas”
29 de Abril de 2015
Profesor : Rene Cifuentes B.Alumno : Adrián Macaya B.
RESUMEN
El presente informe dará una breve explicación de lo que es una rueda hidráulica, señalando su definición, clasificación, diseño, y un ejemplo de su uso en la actualidad
2
INDICE
RESUMEN...............................................................................................................2
Objetivos..................................................................................................................4
Objetivo principal:.................................................................................................4
Objetivos específicos:...........................................................................................4
Que es una rueda hidráulica....................................................................................5
Ventajas y desventajas............................................................................................6
Ventajas:...............................................................................................................6
Desventajas:.........................................................................................................6
Tipos de ruedas hidráulicas.....................................................................................7
Ruedas de alimentación superior.........................................................................7
Alimentación por el costado..................................................................................8
Rueda de alimentación inferior.............................................................................9
Diseño de ruedas hidráulicas.................................................................................10
Alimentación superior.........................................................................................10
Diseño de cajoneras...........................................................................................11
Alimentación por el costado................................................................................12
Diseño de los cajones.........................................................................................13
Alimentación inferior...........................................................................................14
Utilización actual de la rueda hidráulica.................................................................14
Proyecto Centre for Rural Technology, Nepal (CRT/N).....................................14
Conclusiones..........................................................................................................15
Bibliografía.............................................................................................................16
3
Objetivos
Objetivo principal: Dar una breve descripción de las ruedas hidráulicas
Objetivos específicos:
Definir las ruedas hidráulicas
Dar referencias históricas
Clasificar los tipos de ruedas
Presentar fórmulas de diseño
4
Que es una rueda hidráulica
Es un mecanismo que aprovecha la energía hidráulica presente en corrientes y/o saltos de agua, para obtener energía mecánica.
Es conocida por el hombre desde hace unos 5000 años. El pueblo sumerio sabemos históricamente, que disponía de molinos movidos por agua, también los griegos y los romanos emplearon estas ruedas.
La rueda hidráulica en un principio fue concebida como mecanismo elevador de agua quieta. Este ingenioso mecanismo supuso la primera liberación del hombre, con respecto al trabajo bruto, sin embargo y por su papel sustitutorio de mano de obra, su implantación estuvo muchas veces rodeada de controversia y retrasos en su aplicación. Fue en la Edad Media cuando el empleo de este invento se extendió de forma masiva a la mayor parte de oficios conocidos como: el de molinero, tejedor, herrero, serrador, etc.
5
Ventajas y desventajas
Ventajas:
Fácil construcción, por lo que no se requiere de mano de obra especializada
Rendimiento aceptable a una admisión muy pequeña, por lo que es una opción factible para instalaciones pequeñas (caídas de 7 m) y potencias inferiores a los 30 HP
Económica respecto a los materiales se puede utilizar madera para su construcción
Desventajas:
Gran peso ,debido a su enorme diámetro
Revoluciones muy bajas, por lo que requiere de un mecanismo elevador de RPM
Regulación incompleta de velocidad, debido a que dependiendo del tipo de alimentación ocurren pérdidas inevitables de agua.
6
Tipos de ruedas hidráulicas
Por la forma en que ingresa el agua a su circunferencia se pueden clasificar en:
Ruedas de alimentación superior
Como su nombre lo menciona el agua ingresa por arriba de la rueda con el objetivo de aprovechar el peso del agua (energía potencial) para obtener un mejor rendimiento de esta. En general se instala en la parte inferior una guarda con el fin de lograr que el agua permanezca el máximo tiempo posible en la cazoleta
Presenta rendimientos entre 60 a un 75 por ciento debido al aprovechamiento de la energía potencial del agua.
Al contrario de lo que se podría pensar, en épocas de sequias el rendimiento aumenta debido a que los cajones no se llenan completamente lo que ayuda a que no se derrame el agua mientras esta descendiendo. En cambio abundante agua significa derramamiento excesivo y dificultad de movimiento de la rueda.
Principalmente se usan para alturas de 2.4 a 22.5 m, caudales de 100 a 1000 litros por segundo
7
Alimentación por el costado
Esta configuración se utiliza para aprovechar la energía cinética del fluido.
Principalmente se utilizan en alturas de 1 a 5 m y caudales de 150 a 2500 litros por segundo.
Presenta rendimientos de 65 a un 78 por ciento.
Utiliza un vertedero con el cual se busca controlar el ingreso de agua.
8
Rueda de alimentación inferior
Esta utiliza el impacto que ocasiona el agua al chocar con las paletas.
De las tres es la de más fácil construcción, pero a la vez, presenta el rendimiento más bajo (25 a 35 por ciento).
Como condición para obtener un buen rendimiento el canal del agua debe ser más ancho que la paleta para garantizar el uso de toda la paleta.
Otras condiciones para obtener buen rendimiento es que la altura de las paletas debe ser el triple del espesor del canal y que la velocidad periférica debe ser 0.4 la del canal de agua
9
Diseño de ruedas hidráulicas
Alimentación superior
Siendo v1 la velocidad periférica, esta debe ser de unos 0.75 m/s para diámetros pequeños y de unos 3 m/s para diámetros mayores.
La velocidad de entrada v debe estar a una proporción de 1.5 a 2 veces la velocidad periférica
El diámetro exterior (D) es la diferencia entre la altura total (h) y la altura útil de la caída (h1)
La altura útil (h1) se determina con la siguiente formula
(1)
Se considera un factor de sobredimensión de 1.1 para compensar pérdidas por derramamiento de fluido
El número de revoluciones se determina con la siguiente formula
(2)
El número de cajones (z) varía en 8 a 10 veces el diámetro de la rueda (D)
La profundidad del cajón (d) debe ser de 25 a 35 cm de profundidad
El ancho del cajón (b) se determina por:
(3)
10
Diseño de cajoneras
Con el eje de la rueda como centro y un radio “R D/2”, trácese el arco
“C E”, que corte la parábola en “a”; de modo que “e” es la mitad del espesor de la capa de agua entrante, más el espesor del saetín, más el espacio entre éste y la corona. Haciendo centro en el mismo lugar, trácese el arco “F G” con el radio “R-d”. Esto da la circunferencia de la cara de la llanta de la rueda. Desde el punto “b” en que “F G” corta a la parábola “A B”, trácese la recta “A b” y señálese el punto “a’ ” en que ésta corta a “C E”. Con “b” como centro y “d” como radio, trácese el arco “m c” que corta a “F G” en “c” y trácese “c f”, que es una prolongación del radio de “F G”. Trácese el arco “a’ f”, cuyo centro se halla levantando una perpendicular en el punto medio de “a’ f” y cortándola desde “a’ “ o “f” con un radio
“Hágase , siendo “l” la distancia entre “a” y “a’ “; trácese “g h” paralela a “c f”, y, por último, únase la curva “a’ f” a la línea “g h” por medio de un arco cuyo radio sea igual a “l”, así “a’ g” es el contorno de una paleta. El paso “t se halla dividiendo la circunferencia de la rueda por el número de cajones. El paso “t” entre las paletas en el fondo de la llanta se obtiene dividiendo la circunferencia de la llanta por el número de cajones.
11
Alimentación por el costado
En las ruedas de alimentación por el costado la velocidad periférica “v” es generalmente de 1 a 2 metros por segundo; el valor más conveniente del agua a la entrada que puede obtenerse es 1.25 metros, más o menos, por segundo. Como en las ruedas altas, la velocidad más conveniente del agua a la entrada oscila entre “1.5 v1” y “2 v1”. La profundidad “d” de los cajones varía entre 25 y 40 centímetros, el diámetro “D” de hace aproximadamente igual al doble de la caída total; el paso “t” puede ser igual a “d” o un poco más pequeño; y el ancho de la rueda se calcula entre
, (4)El ángulo formado por la dirección del agua que entra y el radio en el punto de entrada puede variar entre 10° y 25°.
Diseño de los cajones
Sea “A B”, la parábola que representa el eje de la lámina de agua al entrar en la rueda. Con un radio “R – 0,5d” trácese el arco “m n”, que debe ser casi tangente a “A B”, y descríbanse los arcos “a c” y “e b” que corresponden a los bordes interior y exterior de la corona. Partiendo de “A” trácese el radio “A f”, y desde el punto de intersección “g” de esta línea con el borde interior “b e” de la corona, trácese una recta “g k”, tangente a “b e”, por el punto “i”, en que “A B” corta a “m n”, trácese el radio “O P” y la recta “i j”, ésta formando ángulo de 30° con “O P”. En seguida, únanse “i j” y “g k” por medio de un arco cuyo radio sea “d/2”
Donde “t” es el paso o la distancia entre las paletas.
12
Alimentación inferior
Las dimensiones más comunes de estas ruedas son: diámetro, 3 a 7.5 metros; paso entre las paletas, 0.3 a 0.4 metros; profundidad del agua en el canal de alimentación de la rueda, de 0.1 a 0.15 metros.
Utilización actual de la rueda hidráulica
Proyecto Centre for Rural Technology, Nepal (CRT/N)
Se trata de un proyecto organizado por una ONG, para la instalación de ruedas hidráulicas de alto rendimiento con el fin de facilitar tareas cotidianas de una comunidad rural
13
Conclusiones
Se ha planteado una breve definición de una rueda hidráulica señalando sus clasificaciones, referencias históricas y fórmulas de diseño.
Cabe mencionar que a pesar de que las ruedas hidráulicas fueron reemplazadas con turbinas de mejor rendimiento (Pelton, Francis, Kaplan) siguen siendo una alternativa viable si la instalación es pequeña.
14
Bibliografía
LUIS FELIPE RAMÓN CHAMBA, “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ARIETE Y DE UNA RUEDA HIDRÁULICA PARA BOMBEO DE AGUA”, Sangolquí, 2005-Septiembre.
MÜLLER W., 1899a, Die eisernen Wasserräder: Atlas (The iron water wheels: technicaldrawings, in German), Veit & Comp., Leipzig.
MÜLLER W., 1939, Die Wasserräder (The water wheels, in German), Reprint of the 2 Ed., Moritz Schäfer Verlag, Detmold, 1991. Nd
Centre for Rural Technology, Nepal (CRT/N), 2014,” Improved Water Mill Development in Nepal”, Subarna Prasad Kapali.
15
top related